JP4615057B1 - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】温度を変化させる必要のあるウェハテストで、ウェハの電極パッドからのバンプのずれを防止することができるプローブカードを提供する。
【解決手段】プローブカードを、ウェハの半導体チップに対応した複数の貫通穴３を有するフレーム板１と、配線基板２３と、貫通穴３に対応する大きさを有し、フレーム板１の貫通穴３又は貫通穴３周辺に固定した異方導電膜５と、貫通穴３に対応する大きさを有し、フレーム板１の貫通穴３周辺に固定した接点膜７と、から構成する。接点膜７を、絶縁膜１５の表面に配置したバンプ１７と、絶縁膜１５の表面および絶縁膜１５内に形成した導電電極１９と、から構成し、バンプ１７を異方導電膜５の導電路１１に電気的に接続する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、半導体デバイス又は半導体チップのウェハテストに用いるプローブカードに関するもので、特に、ウェハ一括テスト用の多数ピンのプローブカードに関するものである。

ウェハに形成された半導体デバイス又は半導体チップのテスト工程では、プローブカードを用いてウェハ上の半導体デバイスの電極パッドにコンタクトし、信号を印加、収集してテストを実施する。従来、このためにプローバ装置のステージ上に置かれたウェハに対し、上方向よりタングステンなどによるプローブピンを用いたカンチレバー方式、屈曲ピンを用いたマトリクス方式などによるプローブカードを区分的にウェハに当てコンタクトさせてテストを実施している。従来のプローブカードを用いたテストにおいては、プローブカードにてコンタクトできるウェハ上の半導体チップはウェハ全体の一部であり、そのため区分的にコンタクトをしながらプローバ装置にて順次ウェハを移動してウェハ全体のテストを実施していた。

これに対し多数ピンのプローブカードによりこの区分数を少なくしてテスト効率を上げたいとの強い要望がある。例えば特許文献１に記載された、メンブレンバンプを用いたメンブレン方式のプローブカードはこの要望に対応できる数万の多数ピンを持つプローブカードを実現できる構造を有する。

図１４を用いて従来のメンブレン方式のプローブカードの構成について説明する。図１４において、２０１はメンブレンバンプであり、剛性リング２０３に張られたポリイミドシート２０５にバンプ２０７、短絡部２０９及び裏面電極部２１１が形成されており、このバンプ２０７がウェハ上の引出し端子である電極パッドにコンタクトする役割を持つ。２１３は異方導電膜であり、ゴム材により形成された弾性膜２１５に、厚み方向に圧縮されることにより厚み方向に通電する導電路２１７を形成することにより構成され、ウェハの電極パッドやバンプ２０７などの高さバラツキを吸収し、バンプ２０７に均一なコンタクト圧を与える役割を持つ。２１９は配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板２２１、端子２２３、外部端子２２５およびその間を接続する引出線２２７により構成され、バンプ２０７から導電路２１７を介して端子２２３に伝わった信号を外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ２０７、短絡部２０９、裏面電極部２１１、導電路２１７及び端子２２３は、テストの対象となるウェハ上の引出し端子である電極パッドに対応した位置（より具体的には、電極パッドに水平方向の位置が一致した状態）に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。

次にメンブレンバンプ２０１の製造方法を図１５乃至図１７を用いて説明する。まず、図１５に示すような、厚さ約１８μｍの銅箔２２９に厚さ約２５μｍのポリイミドシート２０５を貼り合わせた材料に対し、ポリイミドシート２０５にレーザを照射して直径約３０μｍの小径穴２３１を形成する。次に、図１６に示すように、銅箔２２９に保護レジスト２３３を塗布し、銅箔２２９にメッキ電極を接続してニッケルの電気メッキを行う。メッキは、小径穴２３１を埋めるようにして短絡部２０９を形成し、更にポリイミドシート２０５の表面に達すると、全ての方向に一様に拡がって半球状に進み、バンプ２０７を形成する。メッキは、バンプ２０７の高さが１０〜２０μｍになるまで行われる。次に、図１７に示すように、銅箔２２９の表面に塗布された保護レジスト２３３を除去し、再度レジストを塗布して裏面電極部のパターンを感光させ、銅箔２２９のエッチングにより裏面電極部２１１を形成する。そして、レジストを除去し、最後にポリイミドシート２０５を剛性リング２０３に貼りメンブレンバンプ２０１を構成する。

特開平１０−１７８０７４号

特許文献１のメンブレン方式のプローブカードは数万の多数ピンを持つことができるものであるが、材料に薄いポリイミドシートを用いるため、強度不足による伸び縮みが発生しやすく、全面に渡り必要とされる１０μｍといったバンプの位置精度を実現するのが困難であった。特に温度を変化させる必要のあるテストでは、ウェハと同等の熱膨張特性を得るためにポリイミドシートを剛性リングに貼り、更に電極パッドからのバンプのずれを防止するため強い圧力にてバンプを電極パッドに押し付ける必要があった。

次の課題として、狭いピッチでバンプを配置し難く、また、狭いピッチでバンプを配置できても、ウェハの電極パッドとの安定したコンタクトが達成できなかった。すなわち、異方導電膜の導電路の直径サイズ、これに接触するメンブレンバンプの裏面電極サイズが比較的大きいため、ウェハの電極パッドのピッチが１００μｍ以下である狭ピッチ向けのプローブカードでは、導電路および裏面電極間の間隔が狭くなり、精度の高い製造工程が必要となって、歩留りが落ちる課題があった。そして、バンプを狭い間隔にて配置する場合には、隣接バンプがポリイミドシートを介して強い繋がりを持つことになり、自由な高さバラツキの吸収を阻み、安定したコンタクトに支障を来たすことが多かった。また、この影響を軽減すべくポリイミドシートの厚さを薄くすると、薄膜の強度不足によりバンプの位置精度がより悪くなる傾向があった。

そして、このようなプローブカードは、高価な低熱膨張率の配線基板を用いるものである。

さらに、メッキ、レジストによるパターンニングといった処理が大径シートでは簡単に高い精度が得られないことが多く、精度、歩留りを低める要因となり、３００ｍｍ以上の直径を有するプローブカードの製作を困難なものとしていた。

加えて、従来のプローブカードの構成では、不良無しに数千から数万のピンを一括形成する必要があり、製造上の大きな問題を有していた。

本発明は、こういった従来の問題を解決するためになされたもので、大径及び多数ピンであり、従来技術の課題の少なくとも１つを解決することができるプローブカードの提供を目的としている。

この目的を達成するための本発明のプローブカードは、ウェハ（半導体ウェハ）に形成された半導体チップの電極パッドに対応した端子を有する配線基板と、前記半導体チップに対応して複数の貫通穴が形成されたフレーム板と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴又は前記貫通穴周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴周辺の表面側に支持された絶縁膜、この絶縁膜の表面に配置され、前記電極パッドに電気的に接触するバンプ（例えば複数のバンプ）及びこのバンプと電気的に接続され、前記バンプから前記絶縁膜内を厚み方向に延びる導電電極を有する接点膜と、を備え、前記導電電極及び前記配線基板の前記端子が、前記導電路により電気的に接続されるものである。配線基板は、この端子と接続された外部端子を有する。接点膜は、異方導電膜の表面側、すなわちステージ側（ウェハ側）に配置される。ここでは、大きな直径（例えばウェハと同じような大きな直径）を有するフレーム板を用いるが、ウェハと同じような大きな直径を有するメンブレンバンプは用いられていない。バンプは、半導体チップに対応するように、あるいは、フレーム板の貫通穴に対応するように、または、フレーム板の貫通穴よりも多少広いように形成された接点膜（絶縁膜）に形成又は配置されている。したがって、プローブカードが加熱されても、接点膜の熱膨張率に起因するバンプの位置ずれは生じない。そこで、フレーム板の熱膨張係数をウェハの熱膨張係数と一致又は近似するように設定しておけば、ウェハの電極パッド位置とウェハにコンタクトするバンプ位置の熱膨張率による差異を少なくして又は無くして、温度変化に対する電気的コンタクトの安定性を得ることができる。検査対象のウェハの熱膨張係数は、ほぼ３．５×１０^−６／℃であるので、フレーム板の熱膨張係数は０乃至１×１０^−５／℃であることが望ましい。フレーム板の貫通穴、接点膜及び異方導電膜は１つの半導体チップに対応するように形成される場合がある。あるいは、フレーム板の貫通穴、接点膜及び異方導電膜は２つ乃至５つの半導体チップに対応するように形成される場合がある。接点膜、異方導電膜は、接着剤を用いて、もしくは嵌め込みにて貫通穴又は貫通穴周辺に支持される。導電電極を導電路と同一又は同等の面積若くは導電路より大きな面積のものとすれば、プローブカードの製造効率が上昇する。

例えば、導電電極はそれぞれ、バンプの並ぶ方向と直交する方向である幅方向に延びるように形成され、幅方向一端側が導電路と接触し、幅方向他端側が弾性膜と接触するように配置される。そして、バンプの並ぶ方向である長さ方向で隣り合う導電路を、バンプの並びを挟んで互いに反対側に設けることができる。このように構成することにより、バンプを狭い間隔で配置しても、異方導電膜の導電路同士が接近しすぎるといったことを防止できる。バンプは、例えば、導電電極の表面中央部又は幅方向中央部に配置される。このように構成すれば、バンプが電極パッドと接触するときに傾いてしまうことが防止される。

配線基板は、貫通穴に対応した大きさの、貫通穴周辺に支持された配線膜を有し、この配線膜の表面には半導体チップの電極パッドに対応した第１の端子（半導体チップの電極パッドに対応した端子）が設けられ、配線膜の裏面には第１の端子と接続された第２の端子が設けられていて、配線基板はさらに、第２の端子に対応する位置に第３の端子が設けられた接続基板と、第２の端子と第３の端子を接続する異方導電膜又はＭＥＭＳ（メムス、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と、を有するといったように構成できる。ここでは、接続基板を比較的大きな熱膨張係数を有する安価な材料で形成しても、温度変化によって信号経路が不安定になるといったことを防止することが可能なので、低熱膨張率基板に代わる配線基板の採用により低コストにて多ピンプローブカードを供給することができる。例えば、バンプの並ぶ方向で隣り合う、第２の端子及びこの第２の端子に対応する第３の端子の組を、バンプの並びを挟んで互いに反対側に設ける。そして、例えば、第２の端子のバンプ側の部分と、第１の端子とを電気的に接続する。そうすると、第２の端子及び第３の端子をバンプの並ぶ方向に長く形成できるので、接続基板を熱膨張率の高いものとしておき、かつ、ウェハテスト時に加熱しても、第１の端子、第２の端子及び第３の端子の正しく確実な電気的接続が確保される。第２の端子と第３の端子は、例えば中央部分で、異方導電膜の導電路等によって電気的に接続される。配線膜は、接着剤を用いて、もしくは嵌め込みにて貫通穴又は貫通穴周辺に支持される。

本発明では、ウェハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した端子を有する配線基板と、弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜と、絶縁膜、この絶縁膜の表面に配置され、前記電極パッドに電気的に接触するバンプ及びこのバンプと電気的に接続され、前記バンプから前記絶縁膜内を厚み方向に延びる導電電極を有する接点膜と、を備え、前記導電電極はそれぞれ、前記バンプの並ぶ方向と直交する方向である幅方向に延びるように形成され、幅方向一端側が前記導電路と接触し、幅方向他端側が前記弾性膜と接触するように配置されるプローブカードを提供することができる。ここでは、配線基板、異方導電膜及び接点膜は、半導体ウェハと対応する大きな径を有している。

また、本発明によれば、ウェハに形成された半導体チップに対応して複数の貫通穴が形成されたフレーム板と、前記貫通穴に対応した大きさの、前記貫通穴周辺に支持された配線膜と、を有し、この配線膜の表面には半導体チップの電極パッドに対応した第1の端子が設けられ、前記配線膜の裏面には前記第1の端子と接続された第２の端子が設けられていて、前記第２の端子に対応する位置に第３の端子が設けられた接続基板と、前記第２の端子と前記第３の端子を接続する異方導電膜又はＭＥＭＳと、をさらに有するプローブカード用の配線基板を提供することができる。フレーム板には、例えば、貫通穴又は貫通穴周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜と、貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴周辺の表面側に支持された絶縁膜、この絶縁膜の表面に配置され、電極パッドに電気的に接触するバンプ及びこのバンプと電気的に接続され、バンプから絶縁膜内を厚み方向に延びる導電電極を有する接点膜と、が設けられる。導電電極と第１の端子は、異方導電膜の導電路により電気的に接続される。

本発明のプローブカードによれば、金属材料などを用いた寸法精度の高いフレーム板に精度よく小さな接点膜、異方導電膜を支持する方式により、バンプの位置精度を向上させることができる。さらにフレーム板とウェハとの熱膨張係数の差異を少なくしたり無くしたりして、温度変化に対するさらなる安定性を得ることができる。また、本発明によれば、温度が変化してもウェハの電極パッドに対するバンプの位置ずれは微小であったりなかったりするため、バンプの位置ずれを防止するために電極パッドにバンプを強く押し付ける必要がなく、異方導電膜の長寿命化および多数ピンの構成を容易にすることができる。さらに、本発明のプローブカードでは、例えば、小面積の絶縁膜に密度高く形成した接点膜、異方導電膜より良品の接点膜、異方導電膜を選別し、これをフレーム板に接着剤もしくは嵌め込みにて支持することにより多数ピンの大径プローブカードを製造できるので、効率的にプローブカードを製造することができる。配線膜を用いる場合にも、良品を選別して、同様の効果を達成できる。

そして、接点膜の熱膨張によるバンプの位置ずれを考慮する必要がないので、例えば、薄く柔らかいポリイミドシートを採用し、バンプ同士の繋がりを弱くしてバンプの独立性を高めることにより、狭ピッチのプローブカードのコンタクト性を高めることが可能である。

本発明の第1の実施形態におけるフレーム板を示す図である。 本発明の第1の実施形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態におけるプローブカードの構造を示す平面図である。 本発明の第1の実施形態における貼り合わせシートを示す図である。 本発明の第1の実施形態における貼り合わせシートの断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるポリイミドエッチングの工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態における導電電極形成の工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるバンプ形成穴形成の工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるバンプ形成の工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態における導電電極ベース形成のレジスト工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態における導電電極ベース形成のエッチング工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態における接着剤塗布工程を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるプローブカードの構造を示す別の断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるプローブカードの構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるプローブカードの構造を示す別の断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるプローブカードの構造を示す平面図である。 従来のプローブカードの構造を示す断面図である。 従来のメンブレンバンプの製造方法の第１工程を示す図である。 従来のメンブレンバンプの製造方法の第２工程を示す図である。 従来のメンブレンバンプの製造方法の第３工程を示す図である。

以下、本発明の第１の実施の形態（プローブカード）について、図１乃至図１１を参照して説明する。

図１において、１はフレーム板であり、検査対象のウェハ（半導体ウェハ）のサイズとほぼ同等の２００ｍｍ乃至３００ｍｍの直径を有していて、厚さは例えば４０μｍ乃至８０μｍとなっている。また、フレーム板１は、温度変化に伴う位置ずれの影響を排除できるように、ウェハに近い熱膨張係数又は線熱膨張係数を有していて、フレーム板１の熱膨張係数又は線熱膨張係数は例えば０乃至１×１０^−５／℃となっている。そのため、フレーム板１の材質は、インバー、４２アロイといった金属材料が適している。さらに、フレーム板１にはウェハに形成された半導体チップに対応して厚み方向に貫通する複数の貫通穴３が形成されており、これらはエッチングにより形成される。ここでは、貫通穴３は、１つの半導体チップに対応するように形成されているが、２乃至５個の半導体チップに対応するように形成されてもよい。

次に図２を参照してプローブカードの構造を説明する。

図２はフレーム板１に形成された貫通穴３周辺の構造を示しており、貫通穴３周辺にて支持された状態で異方導電膜５と接点膜７が配置されている。フレーム板１のそれぞれの貫通穴３に図２の構造が構成される。異方導電膜５は、弾性膜９と、この弾性膜９に設けられた導電路１１とにより構成され、弾性膜９は、厚さ８０μｍのゴム材料により形成されていて、外周がフレーム板１の貫通穴３周辺に固定され、導電路１１を保持する役割を持つ。弾性膜９の外周上端（外周表側）には、外向きの支持フランジ１３が一体的に形成されていて、弾性膜９は、支持フランジ１３が貫通穴３の外周表面に載って支持されるように、貫通穴３に、例えばきつく、嵌め込まれている。

導電路１１は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向に通電する機能を有する。すなわち、導電路１１は、弾性膜９に、突出部分（ここでは上下（表面側及び裏面側）に突出部分）が形成されるように、部分的に１３０μｍの厚さ部分を形成することにより構成される。

一方、接点膜７は、絶縁膜1５と、絶縁膜１５の表面側に形成されたあるいは絶縁膜１５の表面に設けられたバンプ１７と、導電電極１９とにより構成されている。絶縁膜１５は、厚さ２５μｍのポリイミドにて形成され、その周辺部又は周辺部裏面を接着剤２１によりフレーム板１（異方導電膜５の外周のフレーム板１表面）に固定されている。絶縁膜１５の表面にはニッケルにより直径高さ共約２０μｍのバンプ１７が形成されているわけだが、このバンプ１７は、ウェハの半導体チップの電極パッドにコンタクトする役割を持つ。さらに、絶縁膜１５には、バンプ１７に繋がる導電電極１９が絶縁膜１５の表面および膜内に形成され、この導電電極１９の下端部（裏面側端部）は、異方導電膜５の導電路１１と同等若しくはより広い面積にて形成されていて、導電電極１９は、裏側端面が絶縁膜１５の裏面で露出し、バンプ１７と異方導電膜５の導電路１１とを接続する役割を有する。２３はウェハ又はフレーム板１に対応する大きな径を有する配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板２５、端子２７、外部端子２９および引出線３１により構成され、引出線３１により、バンプ１７から導電電極１９、導電路１１を介して端子２７に伝わった信号を外部端子２９から外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ１７、導電電極１９、導電路１１、端子２７は、テストの対象となるウェハ上の引出し端子である半導体チップの電極パッドに水平方向の位置が一致した状態に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。

図３乃至図１１を用いて接点膜７の製造方法を以下に示す。接点膜７は、サイズが小さいので、ウェハと同一の熱膨張係数（線熱膨張係数）を有する必要はなく（具体的には、ウェハよりも大きな熱膨張係数を有する）、加工が容易な材料を用いて安価に形成することができる。

図３において３３は貼合せシートであり、この中に接点膜７を多数形成する。この場合、フレーム板１に搭載される接点膜７の必要数より多めに接点膜７を形成するが、形成ピッチを高めて（狭めて）形成するため、貼合せシート３３全体のサイズとしてはフレーム板１１より小さい、１辺が２００ｍｍ程度の縮小された正方形状のものとなり、メッキ、レジストによるパターンニングを通常の装置により容易に高精度にて処理できる。図４は貼合せシート（1つの接点膜７を形成する部分）の断面を示しており、貼合せシート３３は、絶縁膜１５となる２５μｍ厚のポリイミドシート３５に対し４μｍ厚の銅箔３７を貼合せたものを用いる。次に図５に示すように貼合せシート３３にレジスト３８を貼り、ウェハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した又は電極パッドと同じ位置に導電電極を形成すべく、フォトマスクを用いてレジスト３８にパターンを形成する。次に貼合せシート３３をポリイミドエッチング液に浸し、レジスト３８に形成したパターンをマスクとしてポリイミドシート３５に導電電極形成穴３９を形成する。この場合、ポリイミドの持つ異方性により、水平面に対して５７°の角度（Ｘ）にてすり鉢状にエッチングが進行する。次に図６に示すように、レジスト３８を剥がし、銅箔３７に保護レジスト４１を塗布し、銅箔３７をメッキ電極としてニッケルメッキを行い、ポリイミドシート３５の厚さ程度まで導電電極形成穴３９にニッケルを成長させ、導電電極１９（導電電極１９の埋まっている部分）を形成する。次に保護レジスト４１を剥離し、図７に示すように銅箔３７にレジスト４３を貼り、半導体チップの電極パッドに対応した又は電極パッドと同じ位置にバンプ１７を形成すべくフォトマスクを用いてレジスト４３にバンプ形成穴４５を形成する。さらに、図８に示すようにポリイミドシート３５に保護レジスト４７を塗布し、銅箔３７をメッキ電極としてニッケルメッキを行い、レジスト４３の厚さを超えない範囲でバンプ形成穴４５にニッケルを成長させバンプ１７を形成する。次にレジスト４３を剥離し、さらに図９の仮想線で示すように、レジスト４９を貼り、バンプ１７の周囲に導電電極１９の一部を構成する導電電極ベースを形成すべく、図９に示すように、フォトマスクを用いてレジスト４９にパターンを形成する。この状態にて図１０に示すように銅をエッチングするエッチング液に浸し、銅箔３７をエッチングして導電電極ベース５１を形成し導電電極１９の一部とする。この後、保護レジスト４７およびレジスト４９を剥離し、図３における二点鎖線位置にて裁断し、分割して接点膜７を形成する。図１１に示すように、この中より選別した良品の接点膜７に接着剤２１を塗布し、実装機を用いてフレーム板１の各貫通穴３に図２のように搭載し、さらにフレーム板１全体を配線基板２３の上又は表面側に配置することによりプローブカードを完成させる。ここでは、従来のバンプ、短絡部および裏面電極部の形成手法に較べ、残渣の残りやすいポリイミドに加工した穴径が大きいためメッキが容易となり、歩留りよくバンプおよび導電電極を形成することができる。すなわち、レーザによりポリイミドシートに開けた小口径の穴は加工に伴って発生する残渣によりメッキの成長不良が発生しやすく、バンプに不良が発生するおそれがあった。

本プローブカードをプローバ装置に搭載し、位置合わせをした上でウェハに押し付けるとウェハの電極パッドにバンプ１７が当たり、その圧力は導電電極１９を通して異方導電膜５の導電路１１に加わり、ウェハの電極パッドとコンタクトして得られた信号はバンプ１７、導電電極１９、導電路１１及び端子２７を通して外部端子２９に引き出される。

次に本発明の第２の実施の形態（プローブカード）について図１２を参照して説明する。

第２の実施の形態でも、フレーム板５３は、検査対象のウェハ（半導体ウェハ）のサイズとほぼ同等の２００ｍｍ乃至３００ｍｍの直径を有していて、厚さは例えば４０μｍ乃至８０μｍとなっている。また、フレーム板５３は、温度変化に伴う位置ずれの影響を排除できるように、ウェハに近い線熱膨張係数を有していて、フレーム板５３の線熱膨張係数は例えば０乃至１×10^−５／℃となっている。そのため、フレーム板５３の材質は、インバー、４２アロイといった金属材料が適している。さらに、フレーム板５３にはウェハに形成された半導体チップ（例えば１つの半導体チップ）に対応して厚み方向に貫通する貫通穴５５が複数形成されており、これらはエッチングにより形成される。フレーム板５３は、フレーム板１と、例えば貫通穴の大きさ又は形状が異なるように形成できる。図１２はフレーム板５３に形成された貫通穴５５周辺の構造を示しており、貫通穴５５周辺にて支持された状態で異方導電膜５７と接点膜５９が配置されている。フレーム板５３のそれぞれの貫通穴５５に図１２の構造が構成される。異方導電膜５７は、弾性膜６１と、この弾性膜６１に設けられた導電路６３とにより構成され、弾性膜６１は、厚さ８０μｍのゴム材料により形成されていて、外周がフレーム板５３の貫通穴５５周辺に固定され、導電路６３を保持する役割を持つ。異方導電膜５７にはさらに、弾性膜突起部６５が形成されている。弾性膜６１の外周上端（外周表側）には、外向きの支持フランジ６７が一体的に形成されていて、弾性膜６１は、支持フランジ６７が貫通穴５５の外周表面に載って支持されるように、貫通穴５５に、例えばきつく、嵌め込まれている。

導電路６３は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向（厚み方向）に通電する機能を有する。すなわち、導電路６３は、弾性膜６１に、突出部分（ここでは上下（表面側及び裏面側）に突出部分）が形成されるように、部分的に１３０μｍの厚さ部分を形成することにより構成される。また、弾性膜突起部６５も、弾性膜６１に、突出部分（ここでは上下（表面側及び裏面側）に突出部分）が形成されるように、部分的に１３０μｍの厚さ部分を形成することにより構成されるが、通電性を有していない。導電路６３と弾性膜突起部６５とは同一又はほぼ同一の形状に形成されている。

一方、接点膜５９は、絶縁膜６９と、絶縁膜６９の表面側に形成されたあるいは絶縁膜６９の表面に設けられたバンプ７１と、導電電極７３とにより構成されている。絶縁膜６９は、厚さ２５μｍのポリイミドにて形成され、その周辺部又は周辺部裏面を接着剤７５によりフレーム板５３（異方導電膜５７の外周のフレーム板５３表面）に固定されている。絶縁膜６９の表面にはニッケルにより直径高さ共約２０μｍのバンプ７１が形成されているが、このバンプ７１は、ウェハの半導体チップの電極パッドにコンタクトする役割を持つ。さらに、絶縁膜６９には、バンプ７１に繋がる導電電極７３が絶縁膜６９の表面および膜内に形成され、この導電電極７３の下端部（裏面側端部）は、異方導電膜５７の導電路６３の２倍と同等若しくはより広い面積にて形成されていて、導電電極７３は、裏側端面が絶縁膜６９の裏面で露出し、バンプ７１と異方導電膜６１の導電路６３とを接続する役割を有する。この導電電極６３はそれぞれ、バンプ７１の並ぶ方向（長さ方向）と直交する方向（幅方向）に長く延びるように形成されていて（図１２Ｂ及び図１２Ｃ参照）、幅方向一端側７７が導電路６３の突出部上に載ってこの導電路６３と接触し、幅方向他端側７９が弾性膜突起部６５の突出部上に載って支持されるように構成されている。バンプ７１は導電電極７３の中央に配置されている。１つの導電路６３と１つの弾性膜突起部６５とが幅方向に並んで導電電極７３の１つの支持部を形成し、この支持部が長さ方向に複数（具体的には４つ）形成されるが、隣り合う支持部同士では、導電路６３と弾性膜突起部６５との幅方向の位置が反対となっている（図１２Ｃ参照）。８１はウェハ又はフレーム板５３に対応する大きな径を有する配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板８３、端子８５、外部端子８７および引出線８９により構成され、引出線８９によりバンプ７１から導電電極７３、導電路６３を介して端子８５に伝わった信号を外部端子８７から外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ７１、導電電極７３、導電路６３、端子８５はテストの対象となるウェハ上の引出し端子である電極パッドに対応した位置に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。接点膜５９の形成方法については第１の実施の形態の接点膜７と同様であり、加工が容易な材料（例えばウェハよりも熱膨張係数の大きな材料）を用いて安価に形成することができ、導電電極７３は、導電電極ベース９０を有するように形成される。

このような構成のプローブカードをプローバ装置に搭載し、位置合わせをした上でウェハに押し付けると、ウェハの電極パッドにバンプ７１が当たりその圧力の半分は導電電極７３の幅方向一端側７７を通して異方導電膜５７の導電路６３に加わって導電路６３を圧縮し、圧力の半分は導電電極７３の幅方向他端側７９を通して異方導電膜５７の弾性膜突起部６５に加わって弾性膜突起部６５を圧縮する。ウェハの電極パッドとコンタクトして得られた信号はバンプ７１、導電電極７３、導電路６３、端子８５を通して外部端子８７に引き出される。ここで異方導電膜５７の導電路６３に加わる圧力は、第１の実施の形態に比べ約半分となるが、導電路６３の通電性には支障なく、図１２Ｃに示すように、長さ方向で隣接する導電路６３を交互に配置することが可能となり狭いピッチを有するウェハの電極パッドへの対応が容易になる利点を持つ。あるいは、従来の背面電極形成の狭いマスク間隔に比較し、本発明による導電電極形成の広いマスク間隔による製造歩留りが高いため、狭ピッチのプローブカードを容易に実現できることとなる。多くの場合、導電路６３の弾性率は高く、弾性膜突起部６５の弾性率は低いが、導電路６３を構成するゴム材料に較べ弾性膜突起部６５を構成するゴム材料の硬度を高くすることにより両者の弾性率を近づけることが可能であり、また逆に両者の弾性率に差異があることにより導電電極７３が傾き、バンプ７１がウェハの半導体チップの電極パッドをスクライブし、接触をより安定にする効果が期待できる。また、導電電極７３を導電路６３および弾性膜突起部６５にて分割して支えるここに記載した構造は、従来のプローブカードにも適用できる。

次に第３の実施の形態（プローブカード）について図１３を参照して説明する。

第３の実施の形態でも、フレーム板９１は、検査対象のウェハ（半導体ウェハ）のサイズとほぼ同等の２００ｍｍ乃至３００ｍｍの直径を有していて、厚さは例えば４０μｍ乃至８０μｍとなっている。また、フレーム板９１は、温度変化に伴う位置ずれの影響を排除できるように、ウェハに近い線熱膨張係数を有していて、フレーム板９１の線熱膨張係数は例えば０乃至１×１０^−５／℃となっている。フレーム板９１の材質は、インバー、４２アロイといった金属材料が適している。さらに、フレーム板９１にはウェハに形成された半導体チップ（例えば１つの半導体チップ）に対応して厚み方向に貫通する貫通穴９３が複数形成されており、これらはエッチングにより形成される。フレーム板９１は、フレーム板１と、例えば貫通穴の大きさ又は形状が異なるように形成できる。図１３はフレーム板９１に形成された貫通穴９３周辺の構造を示しており、貫通穴９３周辺にて支持された状態で異方導電膜９５、接点膜９７および配線膜９９が配置されている。フレーム板９１のそれぞれの貫通穴９３に図１３の構造が構成される。

異方導電膜９５は、弾性膜１０１と、この弾性膜１０１に設けられた導電路１０３とにより構成され、弾性膜１０１は、厚さ８０μｍのゴム材料により形成されていて、外周がフレーム板９１の貫通穴９３周辺に固定され、導電路１０３を保持する役割を持つ。弾性膜１０１の外周上端（外周表側）には、外向きの支持フランジ１０５が一体的に形成されていて、弾性膜１０１は、支持フランジ１０５が貫通穴９３の外周表面に載って支持されるように、貫通穴９３に、例えばきつく、嵌め込まれている。

導電路１０３は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向（厚み方向）に通電する機能を有する。すなわち、導電路１０３は、弾性膜１０１に、突出部分（ここでは上下（表面側及び裏面側）に突出部分）が形成されるように、部分的に１３０μｍの厚さ部分を形成することにより構成される。

一方、接点膜９７は、絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７の表面側に形成されたあるいは絶縁膜１０７の表面に設けられたバンプ１０９と、導電電極１１１とにより構成されている。絶縁膜１０７は、厚さ２５μｍのポリイミドにて形成され、その周辺部又は周辺部裏面を接着剤１１３によりフレーム板９１（異方導電膜９５の外周のフレーム板９１表面）に固定されている。絶縁膜１０７の表面にはニッケルにより直径高さ共約２０μｍバンプ１０９が形成されているが、このバンプ１０９は、ウェハの半導体チップの電極パッドにコンタクトする役割を持つ。さらに、絶縁膜１０７には、バンプ１０９に繋がる導電電極１１１が絶縁膜１０７の表面および膜内に形成され、この導電電極１１１の下端部（裏面側端部）は、異方導電膜９５の導電路１０３と同等若しくはより広い面積にて形成されていて、導電電極１１１は、裏側端面が絶縁膜１０７の裏面で露出し、バンプ１０９と異方導電膜９５の導電路１０３とを接続する役割を有する。

配線膜９９は、基材となる厚さ５０μｍの絶縁膜１１５、表面側端子（第１の端子、電極パッドに対応した端子）１１７、裏面側端子（第２の端子）１１９およびその間を接続する電極１２１により構成され、周辺（表面側周辺）を接着剤１２３によりフレーム板９１に固定され搭載されている。１２５は異方導電膜であり、弾性膜１２７中に導電路１２９を形成したものであり、異方導電膜９５と同様の構造を持つが、ウェハ又はフレーム板９１に対応する大きな径を有している。導電路１２９は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向に通電する機能を有する（弾性膜１２７は８０μｍの厚みを有する）。１３１はウェハ又はフレーム板９１に対応する大きな径を有する接続基板であり、表面端子（第３の端子）１３３、外部端子１３５およびその間を接続する引出線１３７を有している。ここで配線膜９９は、サイズが小さいため、ウェハと同一の熱膨張係数（線熱膨張係数）を有する必要はなく、加工が容易な材料（例えばウェハよりも熱膨張係数の大きな材料）を用いて安価に形成することができる。接続基板１３１はガラスエポキシなどの材料により一体的に構成されており、安価ではあるが、熱膨張係数（線熱膨張係数）が大きく、そのため接続基板１３１の周縁では、加熱時に、比較的大きな熱膨張による電気接点の位置ずれを生ずる可能性がある。そのための対策として、裏面側端子１１９およびこの裏面側端子１１９と同じ大きさで同じ水平方向位置に設けられた表面端子１３３の電極配置サイズ（例えば長さ方向の電極サイズ）を大きくし、この間を異方導電膜１２５により接続している。ここでバンプ１０９、導電電極１１１、導電路１０３、表面側端子１１７は、テストの対象となるウェハ上の引出し端子である電極パッドと同じ水平方向位置に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。しかしながら、図１３Ｃに示すように、最も右側の裏面側端子１１９（表面端子１３３は裏面側端子１１９に重なっている）は、バンプ１０９の位置より手前に、この裏面側端子１１９と長さ方向で隣り合う裏面側端子１１９は、バンプ１０９の位置より奥側に配置され、長さ方向で隣り合う、一組の裏面側端子１１９及び表面端子１３３は、バンプ１０９の並びを挟んで互いに反対側に設けられている。 裏面側端子１１９及び表面端子１３３の組は、必要に応じて数千から数万が用意される。そして、表面側端子１１７と対応する裏面側端子１１９とが電気的に接続されるが、ここでは、表面側端子１１７の裏面側端子１１９側と、裏面側端子１１９のバンプ１０９側とが電極１２１で電気的に接続される。裏面側端子１１９と表面端子１３３は、中央部分が導電路１２９で電気的に接続されている。接点膜９７の形成方法については第１の実施の形態と同様であり、加工が容易な材料（例えばウェハよりも熱膨張係数の大きな材料）を用いて、安価に形成することができる。ここでは、配線膜９９、異方導電膜１２５及び接続基板１３１により配線基板が構成される。このような構成のプローブカードをプローバ装置に搭載し、位置合わせをした上でウェハに押し付けると、ウェハの電極パッドにバンプ１０９が当たりその圧力は導電電極１１１を通して異方導電膜９５の導電路１０３に加わり、さらにその圧力は配線膜９９を通して異方導電膜１２５の導電路１２９に加わり、バンプ１０９より導電電極１１１、導電路１０３を介して伝わった信号を、表面側端子１１７、電極１２１、裏面側端子１１９、異方導電膜１２５の導電路１２９、表面端子１３３、引出線１３７を通して外部端子１３５から外部に引出すことができる。ここでは、低熱膨張率基板に代わる配線基板の採用により低コストにて供給することができる。また、稼働中に損傷した異方導電膜９５、接点膜９７、配線膜９９を良品に交換することによりリペアすることも可能となる。

本発明のプローブカードを用いて多ピンのコンタクト方法を実施すれば、ウェハの電極パッドに対するバンプのコンタクトを高い位置精度にて安定に実現できる。次に、例えば、異方導電膜や接点膜を選別し搭載することにより歩留りよく製造することが可能となり、また、稼働中に損傷した異方導電膜や接点膜を良品に交換することによりリペアすることも可能となる。
以上により、ウェハに形成された半導体デバイスのテストを効率よく行うことを実現でき、半導体テストに必要なコストの低減が可能となる。

１、５３、９１ フレーム板
３、５５、９３ 貫通穴
５、５７、９５ 異方導電膜
７、５９、９７ 接点膜
９、６１、１０１ 弾性膜
１１、６３、１０３ 導電路
１５、６９、１０７ 絶縁膜
１７、７１、１０９ バンプ
１９、７３、１１１ 導電電極
２３、８１ 配線基板
９９ 配線膜
１３１ 接続基板

Claims (10)

1. ウェハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した端子を有する配線基板と、前記半導体チップに対応して複数の貫通穴が形成されたフレーム板と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴又は前記貫通穴周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴周辺の表面側に支持された絶縁膜、この絶縁膜の表面に配置され、前記電極パッドに電気的に接触するバンプ及びこのバンプと電気的に接続され、前記バンプから前記絶縁膜内を厚み方向に延びる導電電極を有する接点膜と、を備え、前記導電電極及び前記配線基板の前記端子が、前記導電路により電気的に接続され、
   前記導電電極はそれぞれ、前記バンプの並ぶ方向と直交する方向である幅方向に延びるように形成され、幅方向一端側が前記導電路と接触し、幅方向他端側が前記弾性膜と接触するように配置されている、ことを特徴とするプローブカード。
2. 前記バンプの並ぶ方向である長さ方向で隣り合う前記導電路は、前記バンプの並びを挟んで互いに反対側に設けられている、ことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記導電電極の裏面側端部は、前記導電路と同一又は前記導電路よりも広い面積を有している、ことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブカード。
4. 前記配線基板は、前記貫通穴に対応した大きさの、前記貫通穴周辺に支持された配線膜を有し、この配線膜の表面には前記半導体チップの前記電極パッドに対応した第1の端子が設けられ、前記配線膜の裏面には前記第1の端子と電気的に接続された第２の端子が設けられていて、
   前記配線基板はさらに、前記第２の端子に対応する位置に第３の端子が設けられた接続基板と、前記第２の端子と前記第３の端子を接続する異方導電膜を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のプローブカード。
5. ウェハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した端子を有する配線基板と、前記半導体チップに対応して複数の貫通穴が形成されたフレーム板と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴又は前記貫通穴周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜と、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記貫通穴周辺の表面側に支持された絶縁膜、この絶縁膜の表面に配置され、前記電極パッドに電気的に接触するバンプ及びこのバンプと電気的に接続され、前記バンプから前記絶縁膜内を厚み方向に延びる導電電極を有する接点膜と、を備え、前記導電電極及び前記配線基板の前記端子が、前記導電路により電気的に接続され、
   前記配線基板は、前記貫通穴に対応した大きさの、前記貫通穴周辺に支持された配線膜を有し、この配線膜の表面には前記半導体チップの前記電極パッドに対応した第１の端子
   が設けられ、前記配線膜の裏面には前記第１の端子と電気的に接続された第２の端子が設
   けられていて、
   前記配線基板はさらに、前記第２の端子に対応する位置に第３の端子が設けられた接続基板と、前記第２の端子と前記第３の端子を接続する異方導電膜を有することを特徴とするプローブカード。
6. 前記バンプの並ぶ方向である長さ方向で隣り合う、前記第２の端子及びこの第２の端子に対応する第３の端子の組が、前記バンプの並びを挟んで互いに反対側に設けられている、ことを特徴とする請求項４又は５記載のプローブカード。
7. 前記配線膜は、接着剤で前記貫通穴周辺に固定されて前記貫通穴周辺に支持されている、ことを特徴とする請求項４、５又は６記載のプローブカード。
8. 前記接点膜及び前記異方導電膜はそれぞれ、１つの半導体チップから数個の半導体チップに対応するように形成されている、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のプローブカード。
9. 前記接点膜、前記異方導電膜及び前記配線膜は、１つの半導体チップから数個の半導体チップに対応するように形成されている、ことを特徴とする請求項４、５、６又は７記載のプローブカード。
10. 前記フレーム板は熱膨張係数が０から１×１０ ^−５ ／℃である、ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載のプローブカード。

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